Ing. Jiří Matějíček, AMBERG Engineering Brno, a.s., Ptašínského 10, 602 00 Brno, tel.: 541 432 611, fax: 541 432 618, email: jmatejicek@amberg.cz, amberg@amberg.cz VÝMĚNA PODSKRUŽENÍ V BOHUSLAVICKÉM TUNELU - VYUŽITÍ KOTVENÝCH SKLOLAMINÁTOVÝCH SÍTÍ Abstract This article describes reconstruction of railway tunnel Bohuslavický, from preparation and project to realization. There were used modern non-metallic materials and technologies to get quick and superior solution of quite big problems. The old support made from iron rails was changed for reinforcing glass-fibre nets anchored to the rock by tapped stick anchors. This solution was slight, quick and effective. 1. Úvod Základní informace o Bohuslavickém tunelu: doprava: drážní tunel, bez elektrifikace lokalizace: trať Jaroměř Královec, Bohuslavice u Trutnova délka tunelové trouby: 187,50 m, ražený tunel rok dostavby tunelu: 1868 (výrazné sanační úpravy v letech 1874, 1926, 1973) Investor: SŽDC s. o., SDC Hradec Králové Projektant: AMBERG Engineering Brno, a.s. Generální zhotovitel opravy: Chládek a Tintěra Pardubice, a.s. Zhotovitel kotvení a injektáží: Minova Bohemia, a.s. Termín výstavby (první etapa výměny podskružení): 20.3.-12.4.2008 2. Stavebně technické řešení tunelu Stavba tunelu je situována v provozním km 41,903 42,090 trati v oblouku mezi stanicemi Malé Svatoňovice (6 km) a Trutnov - Poříčí (4,7 km). Sanační úpravy a rozsáhlejší opravy byly vykonány v letech 1874, 1926 a 1973. Z nich je nejvýznamnější podskružení kolejnicemi z roku 1973, které bylo provedeno z důvodů nevyhovujícího až kritického stavu obezdívky. Tunelová trouba má zdivo klenby z pískovcových kvádrů, zdivo tunelových opěr je z kvádrů a kopáků také z pískovce. Zdivo opěr je řádkové, místy kyklopské. V nepravidelných menších plochách jsou v opěrách výchozy skály. Tunel nemá rubovou hydroizolaci. Odvodnění tunelu je zajištěno kamennou rovnaninou jako plošnou drenáží v rubu klenby i opěr. 3. Geologické a hydrogeologické poměry Tunel je vyražen v celé své délce ve shodném prostředí permských sedimentů svrchní červené jaloviny trutnovského souvrství. Konkrétně se jedná o rudohnědé až fialovo-hnědé, jemně až středně zrnité pískovce s karbonátovým nebo jílovitokarbonátovým tmelem. Podřízeně lze zastihnout i jemnozrnější sedimenty charakteru vápnitých prachovců. Tunel byl ražen s pomocí trhacích prací. Inženýrsko geologickým průzkumem (prosinec 2000) byla zjištěna přítomnost několika významnějších kaveren za obezdívkou tunelu. 4. Zdůvodnění opravy stávající stav tunelu Při poslední stavební úpravě v roce 1973 bylo provedeno podskružení tunelu ocelovými rámy (kolejnicemi typu A) a zapažení obezdívky dřevěnými pažinami s uklínováním. Podle archivních podkladů bylo podskružení provedeno kvůli zvětrávajícímu spárování a vyjíždění zdících kamenů z klenby, tedy z důvodu vážného narušení obezdívky. V částech bez 79
podskružení bylo také zaznamenáno poškození některých kvádrů a zejména špatný stav spárování obezdívky. Firma AMBERG Engineering Brno byla k řešení opravy Bohuslavického tunelu přizvána na podzim v roce 2007. Stávající stav podskružení i viditelné obezdívky byl v zásadě nevyhovující. U výjezdového portálu docházelo k průsakům vody. Výdřeva zejména u portálu P2 byla napadena hnilobou a tedy bylo patrné, že dlouhodobě nebude plnit pažící funkci. Docházelo k vypadávání dřevěných klínů (v nedávné době byl tento problém vyřešen alespoň ve vrchlíku tunelu překrytím podskružení plastovým pletivem, viz. Obr. 1) a tedy k ohrožení provozu a k dalšímu negativnímu ovlivnění pažící funkce výdřevy. V době přípravy projektu nebylo možné z důvodu nedostatku výluk odstranit výdřevu zakrývající ostění na větší části tunelu. Realizační projekt tedy vycházel zejména z existujících starších podkladů jako tunelová kniha, projekt podskružení (srpen 1973), inženýrsko-geologický průzkum (Inset, prosinec 2000), atd. Obr. 1 portálový úsek - průsaky vody (v zimě rampouchy, ledopády) 80
Obr. 2 vypadané spárování, vyjíždění zdících kamenů (klenáků) 5. Původní projekt výměny podskružení Na základě dostupných podkladů navrhl projektant kompletní výměnu podskružení a jeho nahrazení systémem přikotvených výztužných sítí, případně lokálním přikotvením vyjíždějících zdících kamenů. Název stavby byl Bohuslavický tunel výměna podskružení. Vzhledem k lokalitě (klimatické podmínky) a požadavkům na dlouhou trvanlivost opravy bylo výhodné využít sklolaminátové materiály. Výztužné sítě byly navrženy z pásků Durglass profilu 30x4 mm, s oky 300x300 mm. Z důvodu krátkých výluk a tedy nutnosti rychlého provedení opravy byly navrženy tyčové svorníky typu RockBolt, lepené do vývrtu pomocí lepících ampulí Lokset. Předpokládaná délka kotev byla 3 m, respektive uvažovaná nutná kotevní délka ve zdravé hornině byla 1 m, rozteč kotev maximálně v rastru 1,5x1,5 m.. Na základě průzkumu provedeného v roce 2000 projektant předpokládal, že zřejmě nebude možné provést 100% kotev lepených, proto byl zhotovitel připravený i na variantu použití injektovaných tyčových kotev. Předpokládaný rozsah použití kotvených sítí byl 30% pohledové plochy klenby, ve zbývajících částech poškozené obezdívky bylo navrženo pouze hloubkové spárování. V úseku tunelu u výjezdového portálu, kde docházelo k průsakům vody, byla navržena dvoufázová těsnící injektáž. 6. Aktualizovaný projekt výměny podskružení Na jaře 2008 proběhla první etapa opravy tunelu. Při vrtání bylo zjištěno, že rozsah rozvolnění horniny za obezdívkou je daleko větší, než prokázal dříve provedený IG průzkum. Z tohoto důvodu nebylo možné použít systémově lepené svorníky, ale naopak byly s výjimkou několika kotev použity injektované závitové tyče typu IBO. Předpokládaný rozsah použití kotvených sítí byl navýšen na 40% pohledové plochy klenby. 81
Obr. 3 Upravený návrh (rozsah kotvení) 7. Realizace Původní výdřeva byla na celém opravovaném úseku odstraněna a odvezena na skládku. Následně proběhla vizuální prohlídka ostění a byl stanoven přesný rozsah opravy. Byl také určen počet profilů pro měření případných konvergencí. Z důvodů bezpečnosti práce a pro rovnoměrný roznos případných deformací klenby do podpěrných skruží byly mezi kolejnice a kamenné ostění osazeny dřevěné hranoly zajištěné klíny. Hranoly byly osazeny vždy tak, aby nebránily spárování. Stávající povrch ostění byl zanesen zplodinami z provozu parních (dříve) a zejména dieselových motorů. Tyto saze výrazně ovlivnily degradaci obezdívky a spárování. Po odstranění původní výdřevy a osazení podpůrných hranolů byl povrch ostění očištěn otryskáním tlakovou vodou. Trny pro osazení geodetických bodů byly navrtány a zalepeny do obezdívky. Nulté měření (nulové čtení) bylo provedeno před odstraněním skruží, první měření bylo provedeno těsně po odstranění skruží. Zajištění klenby bylo provedeno pomocí injektovaných tyčových kotev IBO (samozávrtné ocelové tyče), aktivovaných prostřednictvím plastových roznášecích desek kruhového tvaru a matic. Podpěrný efekt skruží byl nahrazen prefabrikovanými výztužnými sítěmi ze sklolaminátových pásků Durglass (profil 30x4 mm), s oky 300x300 mm. Rozměry sítí byly 4000x2200 mm. Byly kladeny vždy delším rozměrem v podélném směru. Injektáž kotev byla provedena jako dvoufázová. V první fázi byla do rozrušeného horninového prostředí injektována napěňující hmota WilkitFoam. Následně byla provedena kotvící injektáž hmotou CarboPur. Standardní délka kotev byla 3 m. V místech, kde byla při vrtání zjištěna za ostěním zdravá pevná hornina, byly s výhodou využity sklolaminátové kotvy Rockbolt délky 3 m, lepené do vrtu ampulemi Lokset. 82
V rámci opravy byly výše popsaným způsobem zajištěny dva úseky tunelu délek 11 m (tři řady sítí), respektive 4 m (jedna řada sítí) Obr. 4 osazování výztužných sítí Obr. 5 vrtání kotev 83
Obr. 6 hotové nové podskružení u výjezdového portálu Ocelové rámy z kolejnic včetně distančních tyčí byly odstraněny, rozřezány a odvezeny na skládku. Kotevní šrouby byly uřezány na líci obezdívky, odřezané části byly rovněž odvezeny na skládku. Spárování zdiva proběhlo v celém sanovaném úseku, kde byly bourány původní skruže. Zdegradované spárování bylo odstraněno při otryskání ostění tlakovou vodou. Prázdné spáry byly vyčištěny stlačeným vzduchem. Složky malty: hydraulické pojivo, cement portlandský, písek křemenný frakce 0 4 mm. Spárování bylo provedeno ručně na hloubku min. cca 50 mm. Těsnění klenby proti průsakům vody bylo provedeno rubovou dvoustupňovou injektáží. V první fázi byla provedena výplňová injektáž napěňující hmotou WilkitFoam. Tato injektáž minimalizovala spotřeby materiálu pro následnou těsnící injektáž. Ve druhé fázi byla vytvořena těsnící clona z injektážní hmoty CarboPur. Prostor za portálovou římsou výjezdového portálu byl vyčištěn od náletové zeleně. Vyčištění od náletové zeleně a hlíny bylo prováděno ručně se zajištěním bezpečnosti pracovníků. Plocha za římsou byla zpevněna kamenným obkladem z lomového kamene do betonového lože. Spáry mezi kameny byly vyplněny cementovou maltou. Pro sledování konvergencí během stavby a po dokončení stavby (odstranění skruží) byly v tunelu osazeny konvergenční profily s odraznými terčíky, nasazenými na trnech zalepených do vrtu. Byly měřeny horizontální a vertikální posuny měřících bodů se zaměřením postavení totální stanice, tedy bylo prováděno relativní měření v absolutních souřadnicích. 8. Závěr Vzhledem k tomu, že první etapa opravy tunelu již proběhla, je možné konstatovat, že navržené řešení je vhodné pro výše popsaný způsob a rozsah poškození. Jedná se o jedinečné 84
a úspěšné využití již známých a používaných materiálů a technologií pro nový účel. Je potřeba zde uvést několik specifik a závěrů vyplývajících zejména z průběhu realizace. I přesto, že projektant měl k dispozici více archivních podkladů, včetně relativně nedávného IG průzkumu, ukázalo se, že skutečnost je horší než předpoklad a že je nutné upravit pracovní postupy a změnit technologii kotvení. Relativně levné lepené samozávrtné kotvy, jejichž výhoda kromě ceny je v bezkonkurenční rychlosti provedení (kompletní aplikace jedné kotvy trvá 10 až 20 minut), musely být nahrazeny dražšími injektovanými kotvami, jejichž provedení je i časově mnohem náročnější. Při nedostatku plných výluk, tedy času, je každé zdržení stavby problematické i v případě, že stavba probíhá nepřetržitě 24 hodin denně. Vzhledem k tomu, že realizace byla zahájena na konci března, byly klimatické podmínky na stavbě relativně špatné (a to i v tunelu zakrytém plachtou) a ztěžovaly průběh stavby. Při teplotách pod 5 C (v noci i přes den) nebylo možné vůbec provádět spárování. Menší strojní zařízení jako např. injektážní čerpadla bylo nutné zahřívat. Při použití chemických hmot pro injektáž a kotvení bylo nutné počítat s jejich pomalejší reakcí a tedy s dalším zdržením prací. Ačkoliv oprava Bohuslavického tunelu je objemem prací a financí spíše menší stavbou, ukázala se jako velmi pozitivní stálá přítomnost projektanta na stavbě jakožto odborného dozoru zhotovitele a zástupce investora. Všechna rozhodnutí týkající se změn v technologii nebo v rozsahu prací oproti předpokladům v projektu mohla být uskutečněna okamžitě a přímo na místě bez jakéhokoliv zdržení. Připravenost projektanta a zejména zhotovitele kotvení a injektáží na použití více technologií byla prozíravá a díky ní se podařilo úspěšně dokončit plánovaný úsek opravy v termínu. Zhotovitel se rozhodl z bezpečnostních důvodů změnit postup prací oproti projektu tak, že výztužné sítě byly osazovány před odstraněním skruží. Vzhledem k rozteči skruží 900 mm a rozměrům sítí bylo jejich zasouvání za kolejnice poměrně problematické a byla ohrožena soudržnost prefabrikovaných spojů výztužných pásků. Konvergenční měření neprokázalo žádné výraznější deformace klenby ani na portálu, ani uvnitř v tunelu. Obavy z neočekávaných nebo nadměrných deformací klenby se tedy nenaplnily, nicméně způsob stavby podobný tzv. observační metodě byl zvolen správně a v dalších etapách bude postupováno podobně. 85